城市系统理论基于复杂适应系统的认识.pdf

城市系统理论： 基于复杂适应系统的认识侯汉坡１ 刘春成２１􀆱 北京工商大学商学院物流管理系主任２􀆱 中国农业大学经济管理学院兼职博士生导师引言复杂性是当前城市研究的一个重要概念 （仇保兴， ２０１２） 如何认识并处理复杂性？ 传统的思路是 “分解” 其背后的假设是， 复杂性根源于人们 “认识不清” 而感到 “复杂”， 通过将城市问题分解为经济、 社会、 地理、 规划、 管理、 人口、 环境、 市政、 交通等各个部分并逐一澄清， 便能理解全貌 与之相反， 现代研究更加关注作为整体的城市 其中， 一类研究将城市与有机生命体进行类比， 研究其新陈代谢、 共生、 城市病等问题 （刘玲， ２０１０） 另一类研究则从复杂性理论入手 有“复杂性研究中枢” 之称的圣塔菲研究所 （Ｓａｎｔａ Ｆｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ， ＳＦＩ） 认为， 系统或事物为了维持生存和求得发展而适应环境， 在适应中涌现出复杂性 ＳＦＩ 以复杂适应系统 （Ｃｏｍｐｌｅｘ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＣＡＳ） 作为核心理论， 并将城市作为一类典型的 ＣＡＳ 进行研究及计算机建模 （ＳＦＩ， ２０１２） 在 ＳＦＩ的影响下， 以钱学森为代表的复杂性研究的中国学派提出 “开放的复杂巨系统” 并引入城市及区域研究 （周干峙， １９９７）。

但较之其他理论和学派， ＣＡＳ 理论对系统的设定更加符合城市实际， 能够避免将城市系统规约为简单系统或拆分而带来的严重扭曲今天的城市中， 存在着数百万甚至千万不同目标、 不同特点的个人、 家庭、 企业、 团体 出于生存与发展的需要， 他们彼此之间不断交流并与环境发生互动， 获得反馈， 并调整自身的行为 整个城市构成一个开放、 动态、 受自身历史影响的、 具有自适应的系统 本文将以 ＣＡＳ 理论为导引，由简入繁地认识城市复杂系统及其重要的子系统一、 城市复杂适应系统的基本认识人们一直在努力寻找解释城市形成及结构的方法 经济学从 “一个单中心的环形城市” 的抽象·３５·模型出发， 解释城市经济活动的空间聚集 （阿卜杜勒－拉赫曼、 阿纳斯阿历克斯， ２０１２） ＣＡＳ 理论认为复杂的事物是从小的、 简单的事物中发展而来的； 城市是从小到大、 从简单到复杂逐渐发展而成的 其创建者约翰·霍兰认为以适应性主体及围绕主体的 ７ 个特征 （４ 个特性和 ３ 个机制） 为基础， 可以建立起一个共同的理论框架来分析所有的复杂适应系统 （霍兰， ２０１１）１􀆱 城市主体 （Ｃｉｔｙ Ａｇｅｎｔｓ）： 具有主动性和适应性的元素。

传统的系统观在分析由人构成的系统时具有很大的局限性 在以控制论、 耗散结构论、 协同学为指导的系统观中， 元素要么是服从物理规律的机械元件， 要么是服从概率统计规律的物质原子或分子， 均没有个性和对环境的适应性， 这不符合人类社会系统的基本特点ＣＡＳ 理论通过提出 “适应性主体” （ａｄａｐｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ， 简称 “主体” ） 的概念， 克服了上述缺点主体的特点是具有主动性， 能够感受环境， 自我学习， 能够感知外界信息刺激， 通过学习来调整自己的行为 大量这样的主体相互作用， 寻找和创建能够相互适应并共同适应外部环境所需的行为规则， 便形成了复杂适应系统人和由人组成的机构是城市复杂系统的重要主体 此外， 我们将建筑物、 交通路网、 地下管廊等物体也作为主体， 它们承载着人类在城市中的活动， 体现了人类的智慧， 因而也具有 “活性” 以道路为例， 除通达性的基本功能外， 城市道路还适应现代车辆的要求， 发展出高速路、 快速路、 便道等不同形态， 建立并维持一整套交通规则， 提供指示、 导引， 考虑盲人等特殊群体的需求， 应对雨雪雾霾等特殊恶劣天气， 绿化美化， 隔离噪音等多方面的功能， 以越来越复杂的形式， 满足城市生活需要， 其本身也是城市系统中其他主题所依赖的一个重要部分。

２􀆱 主体聚集 （Ａｇｅｎｔ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）： 由简单生成复杂 聚集是一个由较小的、 较低层次的主体生成较大、 较高层次主体的过程 与城市经济学中的 “聚集经济” 概念不同， ＣＡＳ 理论中的聚集并不是单指空间层面的靠近， 它还强调的是主体间通过一种非线性的结合形成一种更大的主体， 涌现出原来主体所不具备的特质 由蚂蚁聚集为蚁群， 由士兵聚集为训练有素的军队， 由工人聚集为企业，由无数居民聚集为城市 蚂蚁、 士兵、 工人、 居民等单个主体在环境面前是脆弱的， 通过相互之间的耦合聚集在一起之后， 便涌现出协调性、 适应性和持存性任何 ＣＡＳ 都是由大量简单的主体聚集而成的 主体的聚集形成 “介主体”（ｍｅｔａ⁃ａｇｅｎｔ）， 众多“介主体” 再次聚集， 形成更大规模的 “介介主体”（ｍｅｔａ⁃ｍｅｔａ⁃ａｇｅｎｔｂ）， 如此多次聚集， 形成 ＣＡＳ典型的层次结构 众多工人聚集成企业， 众多企业聚集成产业， 全体产业聚集成整个国民经济３􀆱 非线性发展 （Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）： 复杂性的来源 非线性是指， 支配主体聚集的相互关系以及主体与环境之间的关系是非线性的， 不适用于切分、 加总分析方式。

线性关系无法解释系统的 “涌现” 性， 种子如何长成大树， 胚胎如何发育成哺乳动物， 小规模的人类聚落如何演变成超大城市 ＣＡＳ 的复杂性是由非线性因素引起的， 但遗憾的是， 现在大多数城市研究模型和思维方式都还建立性假设基础上城市发展源于城市系统的非线性 现代经济学注意到城市非线性的两个重要方面： “共享” 机制·４５·城 市 学 研 究 第 ８ 辑和 “学习” 机制 （杜兰顿吉尔斯、 普加迭戈， ２０１２） 在大城市中， 人们共享滑冰场、 博物馆等昂贵的不可分设施； 厂商可以共享工人的专业化技能； 政府通过社会保险使市民风险共担 在学习机制方面， 知识和信息在主体间的传播， 促进学习、 知识的积累和创新４􀆱 要素流 （Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｆｌｏｗ）： 主体间物质、 能量与信息的流动 “流” 是指 ＣＡＳ 中主体之间的物质、 能量、 信息的流动 以主体为节点， 以相互作用为边， ＣＡＳ 可以表示成网络， 而流就是其中流动着的资源 ＣＡＳ 是一个非平衡系统， 主体不断地对资源进行分配， 挑选有益的主体进行联系， 淘汰不利的主体 其效果表现为： ①乘数效应 （ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）， 资源通过网络得到放大； ②再循环效应 （ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）， 提高资源在网络中循环利用率。

城市发展离不开特定的 “要素流” 城市的人口、 产业政策对于其资源流和城市间、 城市与农村间产生重要的影响 计划经济时期， 我国的户籍政策直接将广大农村人口排斥在城市之外， 人为地以二元结构优先发展城市 但由此造成的城乡差距和二元体制成为今天城市系统的障碍５􀆱 目标多样性 （Ｔａｒｇｅｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）： 复杂系统的重要特征 多样性是 ＣＡＳ 的一种动态模式， 是主体不断适应的结果 每个主体都存在于由其他主体提供的小生境中， 每个小生境都可以被若干能够在其中适应和发展的主体所利用， 每个行动者进入小生境后有可能打开更多的小生境， 为更多主体开辟更大的可能性城市中， 中央商务区 ＣＢＤ 的聚集为咨询、 翻译、 法律、 会计、 数据处理、 印刷等众多商务服务业创造了市场， 使这些行业在 ＣＢＤ 周边落户 同时产业、 劳动者的聚集又对餐饮、 交通、 娱乐、 购物需要， 创造错综复杂、 相互支撑的产业主体， 形成丰富多彩的城市空间６􀆱 特点标识 （Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｔａｇｇｉｎｇ）： 引导主体的聚集 “标识” 是引导主体辨别方向、 选择目标、区分合作者与竞争者的一种贯穿始终的机制 标识是聚集体的一面旗帜， 或一个组织纲领。

它能够促进选择性相互作用， 提供具有协调发展性和选择性的聚集体， 揭示层次的产生在个人与企业的 “求职－招聘” 的双向互动中， 个人的标识是其学历、 工作背景、 技能等等， 而企业的标识是其声誉、 提供薪酬的水平、 所在行业、 工作环境等等 当企业与企业之间进行合作时，又根据另外一套标识， 如市场占有率、 盈利能力、 资产负债比等等７􀆱 内部模型 （Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｍｏｄｅｌ） 和系统积木块 （Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｂｌｏｃｋｓ） ＣＡＳ 为了应付变化的环境， 必须具有预知能力， 即从过去的大量经验中预测未来 主体将过去与其他主体及环境间互动中得到的大量经验存储、 提炼、 挑选可行的 “内部模型” 城市的规划准则、 产业发展原则、 基础设施建造标准、 交通法规、 道德规范等均可视为内部模型， 它们来自过去大量经验， 指导着人们的行动， 使之更好地适应环境积木块是人们对复杂事物分解的产物 身处一个陌生的街道时， 人类能够将其分解为树木、 车辆、 道路、 房屋等若干熟悉的部分 人类的这种分解能力看似平常， 但 “积木块” 的获得不是任意的， 而是根据过去经验得到的可被再次使用的元素 使用积木块生成内部模型是复杂系统的普遍规律。

夸克组合产生核心， 核子组合产生原子， 原子组合产生分子 同样， 对于城市的研究可以找出·５５·钱学森城市学思想研究最高层次的积木块， 并逐层拆封， 找到低层次的积木块， 从而完善对于城市的理解我们对城市复杂系统的构建是从具有主动性和适应性的 “城市主体” — — —例如人、 由人构成的组织及人类活动的载体— — —开始的 小的主体在 “特点标识” 引导下聚集形成大的主体， 并逐层聚集， 直至形成整个 ＣＡＳ 城市中， 主体之间、 主体与环境间的互动为 “非线性” 大城市里， 人们可以共享大型基础设施、 共担风险， 还能够更方便地交流、 传播思想， 促进创新， 获得不以自然资源消耗为前提的经济增长 从 “流” 的角度来看， 城市极大地促进了各类主体间物质、 能量、 信息等资源的流动 城市中的主体还呈现出 “多样性”， 形形色色的产业构成复杂的、 相互依赖的、 类似于热带雨林的系统 此外， 城市发展过程中还依靠 “内部模型” 来对环境进行预测， 使用 “积木块”来组织知识， 调整自身以适应环境三、 城市复杂系统的解构正如人类的左右脑在智力活动上各有分工， 城市复杂系统也由分工不同、 彼此联系的子系统组成。

本文将城市复杂系统解构为规划、 基础设施、 公共服务、 产业四个子系统， 并对各自功能进行概述１􀆱 规划： 城市的智慧系统 规划系统是城市复杂自适应系统的智慧子系统 规划应当展现同期城市人群在人文、 科技、 经济发展等方面的最高水准， 并体现一个城市的学习能力、 纠错能力和创造能力 无论普通市民还是专业机构， 无论城市内外， 规划系统需要将所有智慧收集、 整理、 集成、决策， 最终用于城市运行 因此， 我们将规划系统的主体划分为智慧提供者、 智慧集成者和智慧实践者 平衡人类欲望无限膨胀与资源有限之间的矛盾， 协调利益多样化的冲突的使命推动规划系统非线性发展 此时， 规划主体应当成为联系空间载体规划和功能规划之间的桥梁， 并注意规划系统内部各种规划之间的互动关系２􀆱 基础设施： 城市的支撑系统 基础设施如同城市的骨骼， 支撑着城市发展 但在一定阶段，在非理性的发展欲望驱动下， 无限膨胀的需求与有限的基础设施供给展开博弈， 基础设施经常成为发展失误的替罪羊 因此， 我们从供给主体和需求主体两方面分析基础设施系统 给排水系统、 交通运输、 城市防灾、 能源保障、 邮电通讯、 环境卫生这些相对沉静的基础设施支撑着城市精彩的发展。

基础设施系统应实现人与自然的平衡以及人类理想与欲望的平衡 城市地下管道综合走廊这种基础设施形式增加了系统的安全性、 稳定性、 弹性和网络性， 有效地削弱了系统的被动性， 是人类当下智慧对基础设施系统做出的最佳解决方案３􀆱 基本公共服务； 城市的平衡系统 基本公共。